DE2438212C3

DE2438212C3 - Electronic direct current watt-hour meter

Info

Publication number: DE2438212C3
Application number: DE19742438212
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl.-Phys. 8500 Nürnberg Vieweg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-08-08
Publication date: 1977-06-02

Description

2. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergenerator ein Strom-Frequenz-Umsetzer (18) verwendet ist.2. Counter according to claim 1, characterized in that a current-frequency converter is used as the control generator (18) is used.

3. Zähler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vergleichsspannung liefernde Generator (19) ein Sägezahngenerator ist.3. Counter according to one of claims 1 or 2, characterized in that the generator (19) supplying the comparison voltage is a sawtooth generator is.

4. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der Zähleinrichtung (26) über eine nachgeschaltete Frequenzteilerstufe (25) derart untersetzt zugeführt werden, daß die Integration der Impulszahl von einem Schrittmotor mit nachgeschaltetem mechanischem Rollenzählwerk vornehmbar ist.4. Counter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pulses of the Counting device (26) fed in such a scaled-down manner via a downstream frequency divider stage (25) that the integration of the number of pulses from a stepper motor with a mechanical downstream Roller counter can be carried out.

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Gleichstrom-Wattstundenzähler. Es ist bereits ein elektronischer Gleichstrom-Wattstundcnzähler bekanntgeworden (DT-OS 22 37 174), bei dem ein Leistungs-Frequenz-Umsetzer Verwendung findet, wobei ein nach dem Ladungsmengenkompensationsverfahren arbeitender Spannungsimpulsgeber Impulse mit spannungsproportionaler Frequenz abgibt und ein ebenfalls nach dem Ladungsmengenkompensationsverfahren arbeitender Stromimpulsgeber verwendet ist, wobei die Ladung der kompensierenden Ladungsimpulse proportional der Periodendauer des Spannungsimpulsgebers ist, so daß die Impulsfrequenz von dem Stromimpulsgeber dem Produkt aus StromThe invention relates to an electronic DC watt-hour meter. An electronic direct current watt-hour meter has already become known (DT-OS 22 37 174), in which a power-frequency converter is used, where a Voltage pulse generator working according to the charge quantity compensation process, pulses with voltage proportional Emits frequency and a current pulse generator that also works according to the charge quantity compensation method is used, where the charge of the compensating charge pulses is proportional to the period duration of the voltage pulse generator is so that the pulse frequency of the current pulse generator is the product of current

ίο und Spannung, also der Leistung proportional istίο and voltage, so the power is proportional

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Gleichstrom-Wattstundenzähler zu schaffen, der weniger aufwendig ist als der bekannte bei hinreichender Meßgenauigkeit. Der elektronischeThe invention is based on the object of providing an electronic direct current watt-hour meter create, which is less expensive than the known with sufficient measurement accuracy. The electronic

Gleichstrom-Wattstundenzähler gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durchDC watt-hour meter according to the invention is characterized by

einen Generator zur Erzeugung einer jeweils auf ein Startsignal hin von einem bestimmten Aus-a generator to generate a start signal from a specific starting point

gangsniveau ansteigenden Vergleichsspannung,level increasing equivalent voltage,

deren zeitliche Änderung konstant ist und die jeweils auf ein Stopsignal hin schnell auf das Aasgangsniveau zurückgeführt wird,
einen Spannungskomparator, der die Verbrau-whose change over time is constant and which is quickly returned to the starting level in response to a stop signal,
a voltage comparator that measures the

cherspannung mit der Vergleichsspannung des Generators vergleicht und bei Spaiinungsgleichheit das Stopsignal für den Generator liefert,
eine Torschaltung, die vom Spannungskomparator während jedes Zeitintervalls des Anstiegs der Vergleichsspannung offengesteuert ist, um Zählimpulse an ein Verbrauchszählwerk durchzulassen, compares the voltage with the comparison voltage of the generator and delivers the stop signal for the generator if the voltage is the same,
a gate circuit that is open-controlled by the voltage comparator during each time interval of the rise in the comparison voltage in order to allow metering pulses to pass through to a consumption meter,

einen Generator zur Erzeugung von Zählimpulsen, deren maximaler zeitlicher Abstand erheblieh kleiner ist als die minimale Toröffnungszeit, sowiea generator to generate counting pulses, the maximum time interval of which is considerable is less than the minimum door opening time, as well

einen Steuergenerator zum Starten des die Vergleichsspannung liefernden Generators mittels Impulsen, deren minimaler zeitlicher Abstanda control generator for starting the comparison voltage supplying generator by means of pulses, their minimum time interval

größer ist als die maximale Toröffnungszeit, wobei der Zählimpuls- und der Steuergenerator derart ausgeführt sind, daß wahlweise einer von beiden eine Pulsspannung konstanter Frequenz liefert, während der jeweils andere eine PuIsspannung liefert, deren Frequenz dem Verbraucherstrom proportional ist.is greater than the maximum door opening time, whereby the counting pulse and the control generator are designed such that optionally one of the two has a pulse voltage of constant frequency supplies, while the other supplies a pulse voltage, the frequency of which corresponds to the consumer current is proportional.

Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird das Prinzip des elektronischen Gleichstrom-Wattstundenzählers gemäß der Erfindung näher erläutert.The principle of the electronic direct current watt-hour meter is illustrated using two exemplary embodiments explained in more detail according to the invention.

F i g. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Spannung U, aufgetragen über der Zeitachse t. Mit 1 ist der konstante Anstieg einer Spannung bezeichnet, wobei in an sich bekannter Weise dU/dt = konstant ist. Diese Spannung kann beispielsweise mit einem an sich bekannten Sägezahngenerator erzeugt werden. Diese ansteigende Spannung 1 wird mit der zu messenden Spannung U verglichen. Wenn die Gerade mit der Steigung dUJdt die zu messende Spannung U erreicht — dies ist im Punkt 2 —, so wird ein Schaltvorgang ausgelöst und gleichzeitig die Sägezahnspannung auf das Ausgangsniveau, das in diesem Falle gleich 0 Volt ist, zurückgestellt. Dieser Punkt ist mit 3 bezeichnet. Mit Hilfe eines Frequenzgenerators, der Impulse konstanter Frequenz abgibt, werden in dem Zeitintervall des Spannungsanstieges Impulse auf eine Zähleinrichtung gegeben. Beispielsweise kann die Zählfrequenz aus der Netzfrequenz hergeleitetF i g. 1 shows the time profile of a voltage U, plotted over the time axis t. 1 denotes the constant rise in a voltage, with dU / dt = constant in a manner known per se. This voltage can be generated, for example, with a sawtooth generator known per se. This rising voltage 1 is compared with the voltage U to be measured. When the straight line with the gradient dUJdt reaches the voltage U to be measured - this is in point 2 - a switching process is triggered and at the same time the sawtooth voltage is reset to the initial level, which in this case is equal to 0 volts. This point is denoted by 3. With the help of a frequency generator that emits pulses of constant frequency, pulses are sent to a counter in the time interval of the rise in voltage. For example, the counting frequency can be derived from the network frequency

werden. Die Anzahl der in dem Zeitintervall 0-3 eintreffenden Impulse des Frequenzgenerators ist daher proportional der zu messenden Spannung U. will. The number of the frequency generator pulses arriving in the time interval 0-3 is therefore proportional to the voltage U to be measured.

Der Sägezahnanstieg wird nach emer Zeit J₁ wiederum eingeleitet, was durch dev. Punkt 4 in F i g. 1 angedeutet ist. Der Schnittpunkt mit der Spannung U ist mit 5 bezeichnet. Bei Gleichheit dieser beiden Spannungen wird die Sägezahnspannung wieder auf 0 zurückgesetzt, was durch Punkt 6 angedeutet ist. Die Wiedereinschaltung der Sägezahnspannung zum Zeitpunkt 4 erfolgt nun in Abhängigkeit vom Kehrwert des Stromes, d. h t, ist proportional l/I. Zum Zeitpunkt 7 wird nach einer Zeit i_ä, die ebenfalls umgekehrt proportional dem Strom ist, wiederum die Sägezahnspannung eingeleitet, die bei 8 mit der zu messenden Spannung verglichen und bei 9 auf das Ausgangsniveau zurückgestellt wird. Daran schließt sich wiederum nach einer dem Kehl wert des zu messenden Stromes proportionalen Zeitspanne r_a ein Sägezahnimpuls an, der bei 10 beginnt, bei 11 die Spannung U erreicht und bei 12 wieder zurückgestellt wird. Werden nun die in den Zeitintervailen 0 bis 3, 4 bis 6, 7 bis 9 und 10 bis 12 eingehenden Impulsfolgen gezählt, so ist die Gesamtzahl dieser Impulse gleich der elektrischen Arbeit U-IT, wobei T ein bestimmtes Zeitintervall betrifft, welches je nach der erforderlichen Genauigkeit der Messung mehr oder weniger einzelne Meßperioden r, bis t„ umtaßt.The sawtooth rise is initiated again after a time J ₁ , which is indicated by dev. Point 4 in Fig. 1 is indicated. The point of intersection with the voltage U is denoted by 5. If these two voltages are equal, the sawtooth voltage is reset to 0, which is indicated by point 6. The sawtooth voltage is switched on again at time 4 as a function of the reciprocal value of the current, i.e. ht, is proportional to l / I. At time 7, after a time i _ä , which is also inversely proportional to the current, the sawtooth voltage is again introduced, which is compared at 8 with the voltage to be measured and at 9 is reset to the initial level. This is followed, in turn, after a period r _{a proportional to the throat value of the current to be measured, with} a sawtooth pulse which begins at 10, reaches voltage U at 11 and is reset at 12. If the incoming pulse trains in the time intervals 0 to 3, 4 to 6, 7 to 9 and 10 to 12 are counted, the total number of these pulses is equal to the electrical work U-IT, where T relates to a specific time interval, which depends on the required accuracy of the measurement more or less individual measurement periods r until t “ umtasst.

Das erfindungsgemäße Prinzip des Gleichstrom-Wattstundenzählers läßt sich in relativ einfacher Weise realisieren, da nur wenige Baugruppen Verwendung finden. In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel angedeutet. Mit 15 ist eine stromführende Leitung bezeichnet, an die ein Verbraucher 16 angeschlossen ist. Mit 17 ist ein Shunt bezeichnet, an dem ein Strom-Frequenz-Umsetzer 18 angeschlossen ist. Dieser gibt eine Frequenz / ab, die dem Strom / proportional ist. Der zeitliche Abstand f„ der Impulse entspricht dann dem Kehrwert des Stromes 1 7, daThe principle of the DC watt-hour meter according to the invention can be relatively simple Realize this way, since only a few assemblies are used. In Fig. 2 is an embodiment indicated. A current-carrying line is denoted by 15, to which a consumer 16 is connected is. With a shunt 17 is referred to, to which a current-frequency converter 18 is connected. This emits a frequency / that is proportional to the current /. The time interval between the pulses then corresponds to the reciprocal of the current 1 7, since

(„ = -j ist. Der Ausgang des Strom-Frequenz-Umsetzers 18 ist mit dem Eingang eines Sägezahngenerators 19 verbunden. Der Ausgang des Sägezahngenerators 19 ist mit einem Komparator 20 verbunden, welcher über seinen anderen Eingang, beispielsweise über einen Widerstand 21, eine der Netzspannung U proportionale Spannung erhält. Der Ausgang des Komparators ist mit einem Eingang eines UND-Gatters 23 verbunden, welches an seinem anderen Eingang von einem Frequenzgenerator 24 Impulse konstanter Frequenz erhält. Der Ausgang des Komparators steht über eine Umkehrstufe 22 mit dem Rücksetzeingang R des Sägezahngenerators 19 in Verbindung. Der Ausgang des UND-Gatters 23 ist zweckmäßigerweise über eine Frequenzteilerstufe 25 mit einem Zählwerk 26 verbunden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die Zählfrequenz so zu untersetzen, daß die Integration der lmpulszar.1 über einen Schrittmotor mit nachgeschahetem mechanischem Rollenzählwerk erfolgen kann. Dies hat den Vorteil, daß bei Ausfall der zu messenden Spannung der Zählerstand nicht verlorengehen kann; außerdem wird dadurch der Aufwand erniedrigt.("= -J is. The output of the current-frequency converter 18 is connected to the input of a sawtooth generator 19. The output of the sawtooth generator 19 is connected to a comparator 20, which via its other input, for example via a resistor 21, a the mains voltage U proportional voltage is obtained. the output of the comparator is connected to an input of an AND gate 23, receives which constant at its other input from a frequency generator 24 pulses frequency. the output of the comparator is connected via an inverter 22 to the reset input R of the The output of the AND gate 23 is expediently connected to a counter 26 via a frequency divider stage 25. In this way, it is possible to reduce the counting frequency so that the pulse generator can be integrated via a stepper motor with a mechanical follow-up This has the advantage that in the event of failure of the m eating voltage the counter reading cannot be lost; in addition, the effort is reduced as a result.

Der in Fig. 2 dargestellte Wattstundenzähler arbeitet wie folgt: Bei einem Impuls des Strom-Frequenz-Umsct7crs 18 wird der Sägezahngenerator 19 und damit auch der Komparator 20 eingeschaltet. Letzterer gibt Signal an das UND-Gatter 23, so daß der Generator 24 mit konstanter Frequenz in das Zählwerk 26 einzählt. Sobald der Komparator 20 die Gleichheit der Sägezahnspannung mit der Spannung U feststellt, verschwindet am Ausgang des Komparators 20 das Signal, so daß das UND-Gatter 23 die Impulse vom Generator 24 sperrt. Gleichzeitig wird die Sägezahnspannung durch Abschalten desThe watt-hour meter shown in FIG. 2 operates as follows: In the event of a pulse from the current-frequency converter 18, the sawtooth generator 19 and thus also the comparator 20 are switched on. The latter sends a signal to the AND gate 23, so that the generator 24 counts into the counter 26 at a constant frequency. As soon as the comparator 20 determines that the sawtooth voltage is equal to the voltage U , the signal at the output of the comparator 20 disappears, so that the AND gate 23 blocks the pulses from the generator 24. At the same time, the sawtooth voltage is switched off by switching off the

ίο Sägezahngenerators auf das Ausgangsniveau zurückgeführt. Nach einer Zeit i,, die proportional 1// ist, gibt der Strom-Frequenz-Umsetzer den nächsten Impuls ab und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.ίο sawtooth generator returned to the initial level. After a time i ,, which is proportional to 1 //, the current-frequency converter gives the next pulse from and the process described is repeated.

Es versteht sich von selbst, daß der zeitliche Abstand r, bis i„ so gewählt werden muß, daß keine Überschneidung mit den ansteigenden Spannungen entsteht.It goes without saying that the time interval r to i "must be chosen so that none There is an overlap with the increasing tensions.

In Fi g. 3 ist eine andere Variante dargestellt, wo-In Fi g. 3 another variant is shown, where-

»o bei sinngemäß gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen "sind. Über der Zeit T ist wiederum die Spannung Ii aufgetragen, wobei zum Verständnis der Spannungseinbruch übertrieben dargestellt ist. Die Variante gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von"O where the same parts are provided with the same reference numerals". The voltage Ii is again plotted over the time T , the voltage drop being shown exaggerated for the sake of understanding. The variant according to FIG. 3 differs from FIG

»5 der in F i g. 1 dargestellten nur dadurch, daß die Zeitintervalle r, der wiederkehrenden Sägezahnspannungsanstiege 0-4, 4-7, 7-10 usw. konstant sind. Das heißt, r, ist konstant. Diese konstanten Zeitintervalle können beispielsweise aus der Netzfrequenz abgeleitet sein. In den Zeitintervallen des Spannungsanstieges 0-3, 4-6, 7-9 und 10-12 wird dann mit einer Frequenz eingezählt, die dem Meßstrom proportional ist, so daß der zeitliche Abstand der einzelnen Zählimpulse T ■- 1 / beträgt.»5 of the in FIG. 1 only in that the time intervals r, the recurring sawtooth voltage increases 0-4, 4-7, 7-10, etc. are constant. That is, r is constant. These constant time intervals can be derived from the network frequency, for example. In the time intervals of the voltage rise 0-3, 4-6, 7-9 and 10-12, counting is then carried out at a frequency that is proportional to the measuring current, so that the time interval between the individual counting pulses is T ■ - 1 /.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile mit gleichen BezugszifTern wie in F i g. 2 bezeichnet sind. Ein Frequenzgenerator 27 gibt die Zeit r, vor, die dem Abstand der Impulse des Frequenzgenerators 24 entspricht. Bei jedem ImpulsF i g. FIG. 4 shows an exemplary embodiment, the same parts having the same reference numbers as in FIG. 2 are designated. A frequency generator 27 specifies the time r, which is the interval between the pulses of the frequency generator 24 corresponds. With every impulse

wird der Sägezahngenerator 19 eingeschaltet. Über den Komparator 20 wird dann dessen Spannung mit der Netzspannung U verglichen. Während des Spannungsanstieges des Sägezahngenerators 19 erhält das UND-Gatter 23 von dem Komparator 20 auf seinen einen Eingang Signal, so daß in dieser Zeit vom Strom-Frequenz-Umsetzer 18 Impulse über den anderen Eingang des UND-Gatters 23 sowie über den Untersetzer 25 auf die Zähleinrichtung 26 gegeben werden. Sobald nun der Komparator 20 die. Gleichheit der konstant ansteigenden Spannung mit der Netzspannung V feststellt, verschwindet an seinem Ausgang das Signal, und das UND-Gatter 23 wird gesperrt. Die Impulse, deren Abstand dem Kehrwert des Stromes einspricht, können nun nicht mehr durch das l'ND-C'iatler 23 gehen. Gleichzeitig wird der Sagezahngenerator 19 durch einen Impuls über die Umkehrstufe 22 zurückgestellt.the sawtooth generator 19 is switched on. Its voltage is then compared with the mains voltage U via the comparator 20. During the rise in voltage of the sawtooth generator 19, the AND gate 23 receives a signal from the comparator 20 at its one input, so that during this time the current-frequency converter 18 receives pulses via the other input of the AND gate 23 and via the reducer 25 the counter 26 can be given. As soon as the comparator 20 the. Identifies equality of the constantly increasing voltage with the mains voltage V , the signal disappears at its output, and the AND gate 23 is blocked. The pulses, the spacing of which corresponds to the reciprocal value of the current, can no longer go through the l'ND-C'iatler 23. At the same time, the saw tooth generator 19 is reset by a pulse via the reversing stage 22.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 könnten sich die Meßperioden überschneiden, wenn die Spannung V einen bestimmten vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Dies würde dann zu Meßfehlern führen.In the embodiment according to FIG. 1, the measuring periods could overlap when the voltage V exceeds a certain predetermined maximum value. This would then lead to measurement errors.

Bei dem Alisführungsbeispiel nach F i g. 2 kann dieser Fall nur bei Überschreitung einer vorgegebenen /uliissiiien Meßspannung I/ eintreten. Seitens des Meßstromes- / besteht aber keine Einengung des Meßbereiches. In the example shown in FIG. 2, this case can only be made if a specified value is exceeded / uliissiiien measuring voltage I / occur. On the part of the Measuring current / but there is no narrowing of the measuring range.

Hiei u 2 Blatt ZeichnungenHere u 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electronic direct current watt-hour meter, characterized by

a) a generator (19) for generating a particular one in response to a start signal Starting level (0) increasing reference voltage, the change over time is constant and each on a The stop signal is quickly returned to the initial level,

b) a voltage comparator (20) which compares the consumer voltage (U) with the comparison voltage of the generator and, if the voltage is equal, supplies the stop signal for the generator (19),

c) a gate circuit (23) supplied by the voltage comparator (20) during each time interval (0-3, 4-6, 7-9) the rise in the comparison voltage is controlled open to counting pulses to pass to a consumption counter (26),

d) a generator for generating counting pulses, the maximum time interval (T) of which is considerably smaller than the minimum door opening time, as well as

e) a control generator for starting the generator (19) supplying the comparison voltage by means of pulses, the minimum time interval (t _n ) of which is greater than the maximum gate opening time, the counting pulse and the control generator being designed in such a way that either one of the two can have a pulse voltage constant frequency supplies (generator 24 or 27), while the other supplies a pulse voltage whose frequency is proportional to the consumer current (J) (generator 18).